Gerd Schneider erhält Professur für Röntgenmikroskopie an der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Gerd Schneider hält die Professur für Röntgenmikroskopie an der HU Berlin inne und leitet die gleichnamige Arbeitsgruppe am HZB. © WISTA MANAGEMENT GmbH
Gerd Schneider (HZB) hat den Ruf auf eine W2-S-Professur "Röntgenmikroskopie" am Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin am 29. April 2015 angenommen. Die Professur ist verbunden mit der Leitung der Arbeitsgruppe „Röntgenmikroskopie“ am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Mit seinem Team entwickelt der international anerkannte Experte neue Methoden und Anwendungen für die Röntgenmikroskopie, die entscheidende Beiträge für viele wissenschaftlichen Disziplinen – von der Material- und Energieforschung bis hin zu den Lebenswissenschaften – liefert.
Die Arbeitsgruppe um Gerd Schneider betreibt eines der modernsten Röntgenmikroskope der Welt, das in Kombination mit dem „weichen“ Röntgenlicht von BESSY II räumliche Auflösungen bis zu zehn Nanometern erlaubt.
Röntgenmikroskopie ist ein unerlässliches Werkzeug für die Untersuchung von Materialien
Die Röntgenmikroskopie hat gegenüber der Licht- und Elektronenmikroskopie entscheidende Vorteile: Sie ermöglicht beispielsweise, dass Forscher Strukturen von Objekten dreidimensional betrachten können, – und das bei einer sehr hohen Auflösung von 10 Nanometern. „Während Forscher im Elektronenmikroskop nur sehr dünne Probe mit maximal etwa 0,1 µm Dicke betrachten können, erlaubt die Röntgenmikroskopie beispielsweise ganze Zellen mit Dicken von 10 µm zu untersuchen. „Gegenüber der modernen Super-Resolution Lichtmikroskopie, die Farbstoffmoleküle in Zellen zur Überwindung der Auflösungsgrenze nach Abbé benötigt, liefert die Röntgenmikroskopie einen direkten Blick auf die zellulären Strukturen ohne jegliche Färbung“, erläutert Prof. Dr. Gerd Schneider. Licht- und Röntgenmikroskopie erlauben ganze Zellen zu studieren, somit können durch korrelative Untersuchungen an einzelnen Zellen mittels Lichtmikroskopie bestimmte Proteine lokalisiert werden, deren Verteilung mittels Röntgenmikroskopie in einen strukturellen zellulären Kontext gebracht werden kann.
Da jedes chemische Element spezifische Röntgenabsorptionskanten besitzt, erlaubt die Röntgenmikroskopie eine elementspezifische Bestimmung der Bestandteile einer Probe. Auch chemische Bindungszustände lassen sich durch die Nahkantenspektroskopie gut abbilden. Weil die Elemente eine charakteristische Fluoreszenz unter Röntgenlicht besitzen, kann man zudem die räumliche Verteilung extrem niedriger Konzentrationen von Elementen in einer Probe gut ermitteln. Auf diese Weise liefert die Röntgenmikrokopie ein umfassendes Bild von Proben.
Hochpräzise Rötgenoptiken entwickeln
Um eine möglichst hohe Auflösung in der Röntgenmikroskopie zu erzielen, werden hochpräzise Optiken benötigt, die den Röntgenstrahl fokussieren. Die Arbeitsgruppe um Gerd Schneider hat neben der Entwicklung von Röntgenmikroskopen maßgeblich zur Weiterentwicklung dieser Optiken, den Fresnel-Zonenplatten, beigetragen. Mit solchen 3D-Röntgenoptiken und modernen Synchrotronquellen wie BESSY II können Beiträge zu vielen wissenschaftliche Fragestellungen von den Grundlagen der Strukturbiologie bis hin zur Forschung an modernen Energiespeichern geleistet werden.
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.